Microsoft PowerPoint - Oznaczanie filtracji przy stałym i zmiennym gradiencie hydraulicznym

Zakres specyfikacji

Omawiana metoda badań służy do określenia

Omawiana metoda badań służy do określenia
współczynnika filtracji

współczynnika filtracji dla gruntów

dla gruntów

nasyconych wodą. W przedstawionych

nasyconych wodą. W przedstawionych
badaniach próbki poddaje się przepływowi

badaniach próbki poddaje się przepływowi

badaniach próbki poddaje się przepływowi
wody. W celu określenia filtracji, mierzy się

wody. W celu określenia filtracji, mierzy się
ciśnienie i objętość wody przechodzącej przez

ciśnienie i objętość wody przechodzącej przez
próbkę.

próbkę.

Pojęcia

natężenie przepływu

natężenie przepływu,

, Q

Q –

– ilość wody przechodząca przez

ilość wody przechodząca przez

próbkę w jednostce czasu

próbkę w jednostce czasu
prędkość przepływu

prędkość przepływu,

, vv –

– prędkość przepływu wody na

prędkość przepływu wody na

jednostkę powierzchni gruntu (łącznie z cząstkami i porami)

jednostkę powierzchni gruntu (łącznie z cząstkami i porami)
prostopadle do kierunku przepływu

prostopadle do kierunku przepływu

prostopadle do kierunku przepływu
gradient hydrauliczny

gradient hydrauliczny,

, ii –

– stosunek różnicy wysokości słupa

stosunek różnicy wysokości słupa

wody

wody h

h pomiędzy dwoma punktami pomiarowymi do długości

pomiędzy dwoma punktami pomiarowymi do długości

drogi przepływu l

drogi przepływu l
próba o nienaruszonej strukturze

próba o nienaruszonej strukturze –

– próba klasy 1 lub

próba klasy 1 lub

przynajmniej 2

przynajmniej 2
współczynnik filtracji

współczynnik filtracji –

– dla gruntu nasyconego wodą jest to

dla gruntu nasyconego wodą jest to

stosunek prędkości przepływu

stosunek prędkości przepływu vv do gradientu hydraulicznego.

do gradientu hydraulicznego.

1 –

– gradient hydrauliczny

gradient hydrauliczny

pomiędzy punktami

pomiędzy punktami
pomiarowymi

pomiarowymi

2 –

– rurka ciśnieniowa

rurka ciśnieniowa

(pomiarowa)

3, 4

3, 4 –

– blok filtracyjny

blok filtracyjny

5 -- próbka

próbka

Procedura badań

Postanowienia ogólne:

Uziarnienie, struktura uziarnienia i objętość

Powinny być one niezmienne w czasie przeprowadzania

Powinny być one niezmienne w czasie przeprowadzania
badania. Konsolidację i pęcznienie należy zakończyć przed

badania. Konsolidację i pęcznienie należy zakończyć przed
wykonaniem pomiarów.

wykonaniem pomiarów.

W przypadku gdy nie da się uniknąć pęcznienia i konsolidacji,

W przypadku gdy nie da się uniknąć pęcznienia i konsolidacji,
należy próbkę odpowiednio zabezpieczyć przed zmianą

należy próbkę odpowiednio zabezpieczyć przed zmianą
wysokości. Każdą znaczącą zmianę trzeba odnotować i

wysokości. Każdą znaczącą zmianę trzeba odnotować i
uwzględnić w odniesieniu do ilości wody usunietej oraz

uwzględnić w odniesieniu do ilości wody usunietej oraz
przesączonej.

przesączonej.

Procedura badań

Właściwości wody

Woda użyta do badania nie powinna wymywać składników próbki,

osadzać rozpuszczalnych, lub koloidalnych substancji oraz zmieniać

stanu koloidalnego gruntu.

Należy stosować wodę najbardziej podobną do wody, jaka znajduje się

w porach. Jeśli trzeba, wodę należy uzdatnić do takiej jaka znajduje się

w warunkach naturalnych.

w porach. Jeśli trzeba, wodę należy uzdatnić do takiej jaka znajduje się

w warunkach naturalnych.

Stopień nasycenia

Próbka podczas filtracji ma pozostać

Próbka podczas filtracji ma pozostać
nasycona.

nasycona.

Nasycenie próbki można uzyskać zadając

Nasycenie próbki można uzyskać zadając
ciśnienie nasycające u

ciśnienie nasycające u

, które można

uzyskać przez poddanie wody w porach

uzyskać przez poddanie wody w porach
ciśnieniu hydrostatycznemu utrzymywanemu podczas badania, np.

ciśnieniu hydrostatycznemu utrzymywanemu podczas badania, np.

poprzez zastosowanie zestawu do badania filtracji w aparacie

trójosiowym.

Nasycenie

początkowe

[%]

Ciśnienie

nasycające

[kN/m

]

100

300

600

900

Procedura badań

Przy pełnym nasyceniu,

ilość wody wpływającej i

wypływającej z próbki

powinna być taka sama,

przy założeniu że ciśnienie i

gradient są stałe.

Próbki o naruszonej

strukturze, nie zawsze są w

pełni nasycone wodą, jak

również próbki w których

ciśnienie wody w porach

spadło przy pobieraniu

próbki.

Innym sposobem

nasycenia próbki jest

przepłukanie jej wodą lub

zastąpienie powietrza w

próbce suchej dwutlenkiem

węgla przed nasyceniem

wodą.

Procedura badań

Gradient hydrauliczny

Powinien być dobrany tak, aby charakterystyka przepływu

uzyskana przy obranym spadku odpowiadała prawu Darcy’ego.

W razie wątpliwości, w celu sprawdzenia, należy różnicować

gradient hydrauliczny. Jeżeli przepływ jest nieliniowy (nie można

go opisać prawem Darcy’ego) gradient hydrauliczny w trakcie

badania powinien być w przybliżeniu taki jak w terenie.

W gruntach gruboziarnistych prędkość przepływu wzrasta

nieliniowo wraz ze wzrostem gradientu, w związku z działaniem

sił wewnętrznych. W gruntach drobnoziarnistych przepływu

spada nieliniowo wraz ze zmniejszającym się gradientem

hydraulicznym, przy przekroczeniu pewnego niższego poziomu.

Procedura badań

Temperatura

Podczas badania powinna być ona stała (temp. Otoczenia

2ºC),

oraz temp. wody i próbki powinny być w stanie równowagi.

Temperaturę należy mierzyć i odnotowywać

Temperaturę należy mierzyć i odnotowywać..

Aby wyniki były powtarzalne, należy przeliczyć wartości

współczynnika

współczynnika kk uzyskane podczas badania do temperatury

uzyskane podczas badania do temperatury

odniesienie 10 ºC (średnia temp. Wody gruntowej), według wzoru

współczynnika

współczynnika kk uzyskane podczas badania do temperatury

uzyskane podczas badania do temperatury

odniesienie 10 ºC (średnia temp. Wody gruntowej), według wzoru

Poiseuille’a:

Poiseuille’a:
kk

=α*k

α=1,359/(1+0,0337*T+0,00022*T

))

gdzie:

gdzie:
T

T –

– temp. Wody w czasie badania (ºC)

temp. Wody w czasie badania (ºC)

–

– współczynnik filtracji w temperaturze otoczenia (m/s)

współczynnik filtracji w temperaturze otoczenia (m/s)

α –

– współczynnik poprawkowy obliczony lub wzięty z tabeli:

współczynnik poprawkowy obliczony lub wzięty z tabeli:

Temperatura

T (ºC)

Współczynnik poprawkowy

Α (-)

1,158

1,000

0,874

0,686

Procedura badań

Wymiary próbki

Próbka powinna mieć taki kształt i wymiary, aby zapobiec jakiejkolwiek

niejednorodności wpływającej na wyniki badań.

Stosunek maksymalnej średnicy ziaren do średnicy próbki lub długości

powinien być nie mniejszy niż 1:5 dla niejednorodnych lub 1:10 dla

jednorodnych gruntów.

jednorodnych gruntów.
Dla gruntów spoistych (drobnoziarnistych) pole powierzchni przekroju

Dla gruntów spoistych (drobnoziarnistych) pole powierzchni przekroju

poprzecznego próbki A nie powinno być mniejsze niż 1000 mm2, a dla

gruboziarnistych nie mniejsze niż 2000 mm2, chyba że sprzęt do badań

nie wymaga większych próbek.

Pomiary ciśnienia w rurkach pomiarowych

W przypadku próbek gruntów przepuszczalnych lub bardzo

przepuszczalnych nie należy mierzyć różnicy ciśnień pomiędzy końcami

próbki, lecz wzdłuż długości tej części próbki, przez którą przepływa

woda, aby zapobiec jakimkolwiek spadkom ciśnienia oraz wpływom

jakichkolwiek zakłóceń na końcach próbki.

Rurki piezometryczne powinny mieć średnicę wewnętrzną 3

Rurki piezometryczne powinny mieć średnicę wewnętrzną 3 –

– 4 mm i

4 mm i

powinny być umiejscowione co najmniej 15 mm od górnego i dolnego

końca próbki. Koniec rurki stykający się z próbką należy zabezpieczyć

siatką drucianą, by zapobiec zapychaniu się rurki.

Procedura badań

W przypadku gruntów

słabo przepuszczalnych

można pominąć stratę

ciśnienia pomiędzy

rurkami i komorą,

ponieważ jest niewielka.

Różnicę ciśnień na wlocie

i na wypływie można

uznać za równą różnicy

ciśnienia wzdłuż próbki.

Przykład zestawu do

badania przy stałym

gradiencie hydraulicznym

Procedura badań

Pomiary przepływu wody

Ilość wody przepływającej należy mierzyć w warunkach przepływu

ustalonego.

W badaniach przy stałym gradiencie hydraulicznym z dużą ilością wody

przepływającej przez próbkę należy zmierzyć ilość wody przelanej na

wypływie.

wypływie.
Gdy ilości wody przechodzącej przez próbkę są niewielkie trzeba

Gdy ilości wody przechodzącej przez próbkę są niewielkie trzeba

wykonać pomiary za pomocą rurek piezometrycznych lub rurek

kapilarnych, uwzględniając możliwe parowanie wpływające na wyniki.

Można tego uniknąć zwiększając gradient hydrauliczny, pod warunkiem

że jest to zgodne z innymi warunkami (prawem Darcy’ego)

W przypadku badań przy zmiennym gradiencie hydraulicznym, objętość

wody przechodzącej przez próbkę jest równa wewnętrznej objętości

rurki o wysokości równej różnicy dwóch kolejnych odczytów.

* przepływ można uznać za ustalony gdy przy stałym gradiencie

hydraulicznym ilość wody wpływającej do próbki i wypływającej z

próbki na jednostkę czasu jest stała.

Procedura badań

Przykład urządzenia do badań przepuszczalności przy ściskaniu

Procedura badań

Zapobieganie filtracji poza próbką

Filtracja poza próbką ma miejsce w związku z występowaniem w niej

kamyczków i innej obcej materii, a także pustek pomiędzy próbką a ścianą

komory. Trzeba jej zapobiegać, ponieważ ma ona wpływ na przepuszczalność

(zwiększa ją). Wszelkie kanały i pustki należy zatem wypełnić materiałem z

próbki, betonem lub silikonem.

Jeśli nie da się zapobiec filtracji wzdłuż ścianek (w związku z występowaniem

składników grubych w materiale gruboziarnistym) zaleca się posmarowanie

koronki rdzeniowej materiałem o niskiej temperaturze topnienia (np. wosk

parafinowy). Przestrzeń pomiędzy próbką, a koronką uszczelni ogrzane koronki

po pobraniu próbki. Materiał uszczelniający nie powinien dostawać się do próbki.

Należy to sprawdzić po badaniu.

W przypadku gruntów spoistych filtracji można zapobiec umieszczając próbki w

formie o wewnętrznej średnicy kilka milimetrów większej niż średnica próbki.

Szczelinę należy uszczelnić zalewając masą uszczelniającą. (rysunek) Przy

wkładaniu próbki, membranę należy utrzymywać w miejscu przez usunięcie

formy. Wewnętrzna średnica formy powinna być większa niż koronki rdzeniowej

więcej niż o dwukrotność grubości membrany. Podczas badania membrana

powinna być dociskana do próbki ciśnieniem wody (wokół membrany)

przekraczającym o 20% maksymalne ciśnienie wody w porach. Ciśnienie należy

przykładać przez wodę, ponieważ lateks przepuszcza powietrze. Można także

stosować smar silikonowy między dwoma membranami, aby zapobiec

przenikaniu powietrza przez membranę.

Procedura badań

Przyrząd do wprowadzania próbki gruntu do gumowej membrany

Procedura badań

Naprężenia w próbce

Aby ustalić wpływ porowatości na przepuszczalność należy badań

bardzo ściśliwe próbki przy odpowiednim poziomie naprężeń.

Gdy zadawane jest ciśnienie wyrównawcze bądź gdy przepływ jest ku

górze trzeba stosować zewnętrzne obciążenie statyczne, aby

ustanowić warunki równowagi.

Klasy badań filtracji

Badanie filtracji klasyfikujemy według tabeli, na podstawie

prawdopodobieństwa zapewnienia pełnego nasycenia i przepływu

ustalonego, tj. jak blisko badanie modeluje warunki „in situ”.

Klasa jakości

Czy jest kontrolowany

stopień nasycenia?

Czy są kontrolowane warunki

Przepływu ustalonego?

Tak

Nie

Tak

Nie

Procedura badań

Wybór zestawu do

Wybór zestawu do
badania

badania

Zestaw do badania

Zestaw do badania
należy wybrać w

należy wybrać w
zależności od rodzaju

zależności od rodzaju
gruntu.

gruntu.

Należy ustalić czy

Należy ustalić czy
chcemy przeprowadzić

chcemy przeprowadzić
oznaczenie przy

oznaczenie przy
kontrolowanym

kontrolowanym
całkowitym nasyceniu

całkowitym nasyceniu
przy przepływie

przy przepływie
laminarnym czy też

laminarnym czy też
bez ustanowienia

bez ustanowienia
przepływu

przepływu
laminarnego.

laminarnego.

Rodzaj badania

Badanie filtracji

Przy stałym gradiencie

Przy zmiennym gradiencie

Przy stałym gradiencie

hydraulicznym

Przy zmiennym gradiencie

hydraulicznym

w urządzeniu do badania

w urządzeniu do badania
przepuszczalności

przepuszczalności

komorze trójosiowej

Zmienny gradient

Zmienny gradient
hydrauliczny

hydrauliczny

Aparatura

-- urządzenie dostarczające odpowietrzoną wodę

urządzenie dostarczające odpowietrzoną wodę

-- zbiornik na odpowietrzoną wodę

zbiornik na odpowietrzoną wodę

-- próbnik rdzeniowy lub sprzęt do cięcia

próbnik rdzeniowy lub sprzęt do cięcia

-- stalowa miarka

stalowa miarka

-- aparatura do badania filtracji pod obciążeniem (z rurką

aparatura do badania filtracji pod obciążeniem (z rurką

-- aparatura do badania filtracji pod obciążeniem (z rurką

aparatura do badania filtracji pod obciążeniem (z rurką

piezometryczną i urządzeniem obciążającym)

Zestaw do badań

Urządzenie do pomiarów filtracji powinno pracować na zasadzie

ściskania oraz powinna być przyłączona rurka piezometryczna

ściskania oraz powinna być przyłączona rurka piezometryczna –

–

by umożliwić przepływ ku górze.

Rurka piezometryczna powinna być odpowiednio skalibrowana

Rurka piezometryczna powinna być odpowiednio skalibrowana –

–

tak, by umożliwiała dokładny pomiar objętości. Jej średnica

powinna być dobrana w funkcji współczynnika filtracji próbki

(np.

(np. d

d=4 mm dla

=4 mm dla kk=10

=10

--10

m/s).

m/s). Rurkę należy zważyć przed i

Rurkę należy zważyć przed i

po badaniu

po badaniu..

Zmienny gradient

Zmienny gradient
hydrauliczny

hydrauliczny

Filtry powinny być wystarczająco przepuszczalne (

Filtry powinny być wystarczająco przepuszczalne (kk filtrów przekracza 10

filtrów przekracza 10--6

m/s). Ich przepuszczalność należy

m/s). Ich przepuszczalność należy regularnie sprawdzać

regularnie sprawdzać (możliwy wpływ

(możliwy wpływ

zaworów i rur łączących).

Przepuszczalność filtra powinna być przynajmniej 10 razy większa od

przepuszczalności próbki.

Z aparatury należy usunąć uwięzione powietrze, wprowadzając do komory,

w której znajduje się filtr odpowietrzoną wodę. Filtr należy odpowietrzyć

gotując go w wodzie i wprowadzić do komory wypełnionej wodą.

Rodzaj gruntu i wymiary próbki

Metoda ta jest odpowiednia dla gruntów drobnoziarnistych zwłaszcza iłów i

pyłów.

„Pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki A nie powinno być

mniejsze niż 1000 mm2”

Minimalna średnica próbki

Minimalna średnica próbki –

– 50 mm, wysokość

50 mm, wysokość –

– 20 mm

20 mm

Przygotowanie próbki

Jeżeli należy określić przepuszczalność próbki o nienaruszonej strukturze

Jeżeli należy określić przepuszczalność próbki o nienaruszonej strukturze –

–

używamy pierścienia tnącego do wycięcia próbki.

Materiał o naruszonej strukturze zagęszczamy do wymaganej gęstości (np.

aparat Proctora) następnie wycinamy próbkę jak wyżej i badamy w

urządzeniu do badania filtracji.

Zmienny gradient

Zmienny gradient
hydrauliczny

hydrauliczny

W zależności od rodzaju aparatury pierścień z próbką należy wprowadzić

bezpośrednio do aparatu bądź wycisnąć próbkę z pierścienia do pierścienia

utrzymującego próbkę wyjętego z urządzenia. Końce należy wyrównać tak by nie

powstały wgłębienia.

Pierścień wraz z próbką wprowadzamy do aparatu i umieszczamy gumowy pierścień

uszczelniający.

Wykonanie badania

Próbkę konsolidujemy

Próbkę konsolidujemy -- nadajemy naprężenie działające pionowo przez płytkę

nadajemy naprężenie działające pionowo przez płytkę

Próbkę konsolidujemy

Próbkę konsolidujemy -- nadajemy naprężenie działające pionowo przez płytkę

nadajemy naprężenie działające pionowo przez płytkę

górną (nr 8)

Naprężenie to powinno być większe niż dodatkowe ciśnienie hydrostatyczne

działające na próbkę podczas badania.

Woda w porach gruntu wypływająca z próbki przez filtr dolny (nr 5) powinna

wypływać swobodnie.

Zmienny gradient hydrauliczny powstaje dzięki opadaniu wody w rurce

piezometrycznej, której poziom obniża się podczas badania.

Oznaczanie przepuszczalności

Oznaczanie przepuszczalności -- poziom wody mierzymy w danych przedziałach

poziom wody mierzymy w danych przedziałach

czasu.

Należy brać pod uwagę parowanie, jeśli ma ono miejsce.

Jeśli słup wody gwałtownie spada, lepiej jest odnotować tempo obniżania menisku

wzdłuż skali na rurce.

W przypadku rur o mniejszej średnicy, małe ilości wody można zmierzyć

bezpośrednio z rurki, jeśli jest ona skalibrowana.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny –

–

urządzenie do badania

urządzenie do badania
przepuszczalności (pareometr)

przepuszczalności (pareometr)

Aparatura

-- urządzenie dostarczające odpowietrzoną wodę

urządzenie dostarczające odpowietrzoną wodę

-- ubijak

ubijak

-- komora

komora

-- rurki piezometryczne lub przekaźniki ciśnienia

rurki piezometryczne lub przekaźniki ciśnienia

-- wyskalowane cylindry z perforowanym wieczkiem

wyskalowane cylindry z perforowanym wieczkiem

-- zbiornik wlotowy i wylotowy, utrzymujące stałe ciśnienie na wlocie i wylocie

zbiornik wlotowy i wylotowy, utrzymujące stałe ciśnienie na wlocie i wylocie

-- zbiornik wlotowy i wylotowy, utrzymujące stałe ciśnienie na wlocie i wylocie

zbiornik wlotowy i wylotowy, utrzymujące stałe ciśnienie na wlocie i wylocie

-- gumowa membrana (lub podobny materiał)

gumowa membrana (lub podobny materiał)

Przygotowanie badania

Woda powinna przepływać ze zbiornika z odpowietrzoną wodą przez przezroczystą

elastyczną rurkę do zbiornika wlotowego, a stamtąd do komory z próbką. Wlot do

komory powinien być kontrolowany przez zacisk lub zawór kulkowy.

Należy odpowietrzyć aparat przed przygotowaniem próbki.

Ilość wody przepływającej przez próbkę należy kontrolować przez regulację

poziomów w zbiorniku wlotowym i wylotowym.

Do komory należy przyłączyć co najmniej 2 rurki piezometryczne.

Do komory należy przyłączyć co najmniej 2 rurki piezometryczne.
*Zacisk lub zawór kulkowy zapobiega nagłym zmianom w przekroju rury,

*Zacisk lub zawór kulkowy zapobiega nagłym zmianom w przekroju rury,

mogącym prowadzić do tworzenia się pęcherzyków powietrza.

Dla gruntów o wskaźniku filtracji przekraczającym 10

--2

m/s wymagane jest

urządzenie zapewniające ciągłą dostawę odpowietrzonej wody do aparatury.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny –

–

urządzenie do badania

urządzenie do badania
przepuszczalności (pareometr)

przepuszczalności (pareometr)

Rodzaj gruntu i wymiary próbki

Metoda odpowiednia do gruntów gruboziarnistych: np. żwir, piasek, pospółka.

„Stosunek maksymalnej średnicy ziaren do średnicy próbki lub długości powinien

być nie mniejszy niż 1:5 dla niejednorodnych lub 1:10 dla jednorodnych gruntów.

Pole powierzchni przekroju nie mniejsze niż 2000 mm2”

Przygotowanie próbki

Wysuszoną i zhomogenizowaną próbkę umieszczamy w komorze cienkimi

warstwami

warstwami –

– unikanie segregacji składników. Gdy materiał ma mieć określoną

unikanie segregacji składników. Gdy materiał ma mieć określoną

gęstość, ilość materiału na jedną warstwę należy określić

gęstość, ilość materiału na jedną warstwę należy określić -- ważąc go, a każdą

ważąc go, a każdą

warstewkę zagęszczając lub ubijając do odpowiedniej miąższości.

Jeśli to konieczne można umieścić 15 mm warstewkę materiału filtrującego na

płytce porowej na podstawie komory.

Dozwolone są inne metody przygotowania próbki zapewniające odpowiednią

homogeniczność.

homogeniczność.
*Przy badaniu żwiru o równej średnicy ziaren wewnętrzną stronę komory

*Przy badaniu żwiru o równej średnicy ziaren wewnętrzną stronę komory

pokrywamy gumową membraną

pokrywamy gumową membraną –

– unikanie przesączeń.

unikanie przesączeń.

Wykonanie badania

Po umieszczeniu próbki w aparaturze i podłączeniu rurki do komory (nr 11), należy

umożliwić stopniowy dopływ wody do komory, aby poziom wody w próbce

wzrastał powoli, bez możliwości uwięzienia powietrza w porach. Aby usunąć

niewielkie ilości powietrza uwięzionego w próbce, należy pozwolić by przez pewien

czas woda przepływała przez próbkę.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny –

–

urządzenie do badania

urządzenie do badania
przepuszczalności (pareometr)

przepuszczalności (pareometr)

Przed rozpoczęciem właściwego badania należy ponownie zamknąć zacisk (nr 2) u

podstawy komory. Poziomy w rurach piezometrycznych (nr 8) powinny być takie

same jak w zbiorniku wylotowym.

Zacisk przy podstawie komory należy zwolnić, a wpływ wody kontrolować poprzez

takie wyregulowanie drugiego zacisku, by woda przepływała stałym strumieniem.

Jeśli nie jest to możliwe, należy zredukować różnicę poziomów między dwoma

zbiornikami (nr 3,4).

zbiornikami (nr 3,4).
Aby określić

Aby określić kk należy określić ilość wody zebranej w cylindrze miarowym w

należy określić ilość wody zebranej w cylindrze miarowym w

Aby określić

Aby określić kk należy określić ilość wody zebranej w cylindrze miarowym w

należy określić ilość wody zebranej w cylindrze miarowym w

regularnych odstępach czasu. Dodatkowo należy mierzyć temperaturę wody.

W przypadku niespoistych gruntów gruboziarnistych badanie należy zacząć przy

bardzo małej różnicy poziomów

bardzo małej różnicy poziomów h

i powtarzać z coraz większą różnicą. Jeśli

stosunek ilości wody do różnicy poziomów maleje, oznacza to, że na wyniki ma

wpływ ruch turbulentny.

Dozwolone są inne techniki nasycania próbki.

Najprostszym sposobem uzyskania stałego poziomu wody wpływającej do próbki

jest użycie zbiornika z przelewem, do którego wprowadza się więcej wody niż

przechodzi przez próbkę. Można zastosować wyższe ciśnienie, działając sprężonym

powietrzem, za pośrednictwem nieprzepuszczalnej membrany lub hydraulicznie,

np. przez warstwę oleju.

np. przez warstwę oleju.
*Poziom wody wypływającej z próbki (na wylocie) utrzymuje się na stałej

*Poziom wody wypływającej z próbki (na wylocie) utrzymuje się na stałej

wysokości dzięki danemu ciśnieniu wyrównawczemu lub przepływając przez

przelew, gdzie mierzona jest ilość przelewającej się wody.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny –

–

urządzenie do badania

urządzenie do badania
przepuszczalności (pareometr)

przepuszczalności (pareometr)

Zestaw do badania

filtracji przy stałym

gradiencie

hydraulicznym

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny –

–

urządzenie do badania

urządzenie do badania
przepuszczalności

przepuszczalności -- Wyniki

Wyniki

Należy sporządzić wykres ilości zebranej wody względem czasu. Wydatek należy

odczytać z liniowej części wykresu według wzoru:

Współczynnik filtracji wyznaczamy ze wzoru:

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy

Aparatura:

-- urządzenie dostarczające odpowierzoną wodę

urządzenie dostarczające odpowierzoną wodę

-- ubijak

ubijak

-- forma do przygotowania próbki

forma do przygotowania próbki

-- komora trójosiowa

komora trójosiowa

-- urządzenie do utrzymywania stałego ciśnienia w komorze

urządzenie do utrzymywania stałego ciśnienia w komorze

-- urządzenie do utrzymywania stałego ciśnienia w komorze

urządzenie do utrzymywania stałego ciśnienia w komorze

-- system ciśnieniowy utrzymujący ciśnienie w przewodach, z manometrem

system ciśnieniowy utrzymujący ciśnienie w przewodach, z manometrem

Przygotowanie badania

Badanie przeprowadzamy przy stałym gradiencie hydraulicznym.

Komora powinna mieć wymiary dobrane do maksymalnej średnicy ziaren.

Do komory, przez którą odpowietrzona woda jest dostarczana do próbki

powinien być podłączony system ciśnieniowy (stałe ciśnienie).

Próbkę należy otoczyć gumową membraną z filtrem u góry i u dołu. Filtry

powinny być na tyle przepuszczalne, aby ich współczynnik filtracji był

przynajmniej o rząd wielkości większy niż próbki (w przeciwnym razie należy

wprowadzić do obliczeń poprawki na straty ciśnienia w płytkach porowatych i

rurkach).

Płyta górna komory i cokół powinny mieć spiralny rowek, lub podobny, by

umożliwić jednakowy przepływ wody przez próbkę i ułatwiać odpowietrzanie

próbki.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy

Woda powinna przepływać przez próbkę od dołu do góry przy stałym

ciśnieniu w komorze, działającym na gumową membranę, większym od

ciśnienia na wlocie.

Ciśnienie w komorze powinno być na tyle duże, aby przeciwdziałać

tendencji do dezintegracji próbki pod ciśnieniem wody w strefie wlotu.

Ciśnienie na wpływie wytwarzane jest za pomocą sprężonego powietrza.

Wypływ (nr 7) powinien znajdować się powyżej górnego poziomu próbki.

Ilość wody przepływającej przez próbkę mierzy się cylindrem miarowym

(nr 8) lub, bardziej dokładnie, ważąc lub wyko-rzystując czujnik zmiany

objętości.

Aby uniknąć rozpuszczania powietrza w systemie wody w porach, należy

umieścić cienką warstwę oleju parafinowego pomiędzy powietrzem a wodą

w czujniku zmiany objętości (nr 8), w biurecie (nr 10) i zbiorniku (nr 11).

Do pomiarów objętości małej ilości wody może być przydatne

zastosowanie skalibrowanej szklanej kapilary lub przezroczystej rurki

ciśnieniowej z pęcherzykiem powietrza.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy

Aparat trójosiowy

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy

Przygotowanie aparatury

Powietrze uwięzione w rurkach można usunąć poprzez przepłukanie rurki.

Filtr musi być nasycony wodą.

Rodzaj gruntu i wymiary próbki

Metoda ta jest właściwa dla gruntów o

Metoda ta jest właściwa dla gruntów o kk mniejszym niż 10

mniejszym niż 10

--5

m/s.

„Stosunek maksymalnej średnicy ziaren do średnicy próbki lub długości

powinien być nie mniejszy niż 1:5 dla niejednorodnych lub 1:10 dla

„Stosunek maksymalnej średnicy ziaren do średnicy próbki lub długości

powinien być nie mniejszy niż 1:5 dla niejednorodnych lub 1:10 dla

jednorodnych gruntów.

Dla gruntów spoistych (drobnoziarnistych) pole powierzchni przekroju

poprzecznego próbki A nie powinno być mniejsze niż 1000 mm2, a dla

gruboziarnistych nie mniejsze niż 2000 mm2”

Przygotowanie próbki

Próbki o nienaruszonej strukturze lub próbki rdzeniowane można umieścić w

komorze po wyrównaniu ich końców bez dalszego przygotowywania.

Materiał o naruszonej strukturze należy homogenizować, tak dobrze jak to tylko

możliwe i wypełniać formę warstwami

możliwe i wypełniać formę warstwami –

– unikając segregacji materiału. Gdy

unikając segregacji materiału. Gdy

materiał ma mieć określoną gęstość, ilość materiału na jedną warstwę należy

określić

określić -- ważąc go, a każdą warstewkę zagęszczając lub ubijając do

ważąc go, a każdą warstewkę zagęszczając lub ubijając do

odpowiedniej miąższości.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy

Górną powierzchnię próbki należy wyrównać, potem wyjąć z formy z

końcami przykrytymi filtrami nasyconymi wodą oraz umieścić w gumowej

membranie.

Próbkę umieszczamy w komorze trójosiowej i podłączamy przewody.

Otwieramy wpływ wody do komory, pozwalając na powolne podnoszenie

się poziomu wody w próbce i uważając by nie uwięzić wody w porach.

się poziomu wody w próbce i uważając by nie uwięzić wody w porach.
*Aby usunąć powietrze, którego obecności nie da się uniknąć, należy

*Aby usunąć powietrze, którego obecności nie da się uniknąć, należy

pozwolić by przez pewien czas woda przepływała przez próbkę.

Jeżeli przepłukanie jest niewystarczające, należy zwiększyć jednocześnie

ciśnienie w komorze i ciśnienie wyrównawcze według tabeli. Następnie

próbkę trzeba skonsolidować do pożądanego stanu naprężeń.

Nasycenie

początkowe

[%]

Ciśnienie

nasycające

[kN/m

]

100

300

600

900

Powierzchnie równomiernie ubitych

Powierzchnie równomiernie ubitych
warstw należy naruszyć, np. widelcem,

warstw należy naruszyć, np. widelcem,
by zapewnić kontakt pomiędzy

by zapewnić kontakt pomiędzy
warstwami i ujednolicić próbkę.

warstwami i ujednolicić próbkę.

Próbkę mierzymy i ważymy.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy

Wykonanie badania

Podczas zadawania ciśnienia w komorze, zawór pomiędzy naczyniem a

komorą powinien być otwarty (nr 11)

Ilość wody przepływającej mierzymy biuretą, a objętość wody

wypływającej z próbki cylindrem miarowym.

Ciśnienie na wlocie mierzymy manometrem przymocowanym do naczynia.

Przy każdym odczycie sprawdzamy i odnotowujemy temperaturę.

Współczynnik filtracji oznaczamy, gdy ilość wody wpływającej i

wypływającej z próbki na jednostkę czasu są równe.

Zawór komory zamykamy, a badanie powtarzamy przy innym ciśnieniu na

wlocie, gdy jest to wymagane.

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy -- Wyniki

Wyniki

Należy sporządzić wykres zależności wody wpływającej i wypływajacej z próbki

względem czasu. Wydatek należy brać z równoległych liniowych części wykresu i

obliczyć ze wzoru:

Zadany poziom wody należy obliczyć ze wzoru:

*Obliczony poziom należy skorygować o różnice w poziomie, jako

*Obliczony poziom należy skorygować o różnice w poziomie, jako ∆h

∆h

Stały gradient hydrauliczny

Stały gradient hydrauliczny
–

– aparat trójosiowy

aparat trójosiowy -- Wyniki

Wyniki

Współczynnik filtracji:

Sprawozdanie z badań

metoda badania

dane identyfikujące próby (nr wiercenia, numer próby)

opis gruntu zawierający maksymalny rozmiar ziaren dla gruntów

gruboziarnistych

wymiary próbki

typ próbki (o nienaruszonej lub naruszonej strukturze, ponownie uformowana)

typ próbki (o nienaruszonej lub naruszonej strukturze, ponownie uformowana)
gęstość lub wskaźnik porowatości przed i po badaniu

gęstość lub wskaźnik porowatości przed i po badaniu

wilgotność przed i po badaniu

gradient hydrauliczny, lub w przypadku zmiennego gradientu, max. i min.

Poziom wartości

Poziom wartości h

h odpowiadające wartościom

odpowiadające wartościom ii

ciśnienie nasycające lub stopień nasycenia na początku i na końcu próbki

10)

temperatura otoczenia

11)

temperatura odniesienia

12)

kierunek przepływu

13)

współczynnik filtracji w temp. Odniesienia

14)

poziom ciśnienia, (jeśli zadane)

15)

odchylenia od procedury

16)

uwagi o rodzaju badania i aparatu